无线传感器网络与外网通信的研究

无线传感器网络是一个基于大量的传感器节点来进行数据的采集和收发的网络系统,这样的一个网络系统通常不能单独运作,必须与外部的网络相连进行数据通信,包括对传感器节点发送命令或将采集的数据信息通过外部网络传送到用户终端。本文讨论了无线传感器网络与TCP/IP网络通信的2个方案一是使用代理的网络结构;二是在传感器网络内部实现TCP/IP协议。并分析了2种方案的优缺点。     

基于果蝇算法优化蒙特卡罗锚盒移动算法的无线传感器网络节点定位

为了提高无线传感器网络定位精度，应用果蝇算法(fruit fly optimization algorithm, FOA)-蒙特卡罗锚盒(Monte Carlo anchor box, MCB)算法对无线传感器网络(wireless sensor network, WSN)系统中移动节点进行定位建模，分析了移动速度、锚节点密度和样本数对定位精度的影响。研究结果表明：FOA优化MCB算法具有比MCB算法更优的定位精度，当节点移动速度变大后可以获得更小的定位误差，在10 m/s的速度下获得了最低误差值情况下锚节点数量和移动节点定位误差之间的变化曲线；当锚节点较少时，MCB与FOA优化MCB形成了较大的定位误差；随样本数增大，定位误差逐渐减小，在样本数达到150时获得一个稳定的定位误差。研究对无线传感器网络定位精度具有很好的应用价值，易于实现推广。     

WSN低功耗算法在电力系统中的应用

无线传感器网络由部署在区域内的大量微型传感器节点组成,通过无线通信方式形成多跳自组织网络系统.文章通过探讨适用于电力系统的无线传感器网络,提出通过关键节点数据缓存进行末梢节点低功耗配置和数据获取的方案,通过增加末梢节点休眠时间达到整网低功耗的效果.实验结果证明,此算法可大幅降低整网功耗,且不会增加网络通信量.     

基于卡尔曼滤波的矿井移动节点定位算法研究

提出了一种基于无线传感器网络的矿井移动节点的定位算法.针对井下环境特征,巷道纵横交错,移动节点数量庞大以及无规律移动的特殊复杂情况,提出了一种卡尔曼滤波测距预估和弹性粒子模型相结合的定位算法.该算法采用卡尔曼滤波器对RSSI信号强度进行滤波和测距预估,建立弹性粒子网络模型对移动节点定位准确度进行校正,实现了矿井移动节点的实时精确定位.通过仿真实验表明,该算法误差小,精确度高,适合用于井下大规模的移动节点的定位.     

面向城市配电网的延长网络寿命路由算法

配电网智能化是提高供电可靠性和供电质量的重要手段,对配电网状态进行实时监测是实现配电网智能化的重要基础。无线传感器网络以其独有的组网灵活性、可扩展性和自组织自恢复能力,在智能配电网通信中得到了广泛关注。路由算法是无线传感器网络的网络层关键技术,算法应从整个网络系统角度,考虑网络能量的均衡使用,最终延长网络寿命。而传统的无线传感器网络因节点受能耗及路由算法限制,网络寿命较短。研究配电网应用场景下的能耗均衡路由算法成为无线传感器网络应用的一个关键问题。文中提出一种面向城市配电网的延长网络寿命的路由算法,能够平衡网络节点能量消耗,进而延长网络寿命。仿真结果表明,提出的方法能够有效延长网络寿命,适合在配电网通信中使用。     

基于自治动力的复杂网络系统持续演进

详细分析了互连网系统相关的复杂性科学问题,以及网络系统已经突现出的关键复杂系统问题对网络系统持续演进过程的深度影响. 提出了自治是复杂网络系统持续演进的基本动力,以及构建具有自治动力的自主节点或自主宿主域的方法和相关技术.重点研究自主节点或自主宿主域的自治动力因子与相应的 "作为"环节、"作为"方法与技术、"作为"结果.指出互连网系统只有实现了系统中大量的节点或宿主域能够高度自主,才能大大提升网络系统的整体效率,进而最大限度地抑制,由于普适需求产生的极少站点的连接数递增无尺度,真正让互连网资源科学共享.     

无线传感器网络在配电设备监控中的应用研究

为了满足配电设备在线监控中监测系统小型化、低功耗、低成本等条件,设计并实现了一种基于IEEE802．15．4协议标准用于配电设备检测的低功耗无线传感器网络系统。介绍了网络节点电路结构、软件协议平台设计以及系统低功耗策略。通过在线温度监控系统可以评估设备当前状况和检测设备的异常,帮助调整设备的技术规范和等级,确定被监控设备的实际限度和优化操作。     

建筑节能检测中无线传感器网络的设计与研究

根据建筑节能检测的具体要求,设计了一种用于建筑节能检测的无线传感器网络系统。系统采用以TelosB为架构的网络节点,并在各节点嵌入融合ICEM模块的TinyOS操作系统,利用高效的CTP协议,灵活的自组织无线通信网络对建筑节能检测中多测点、多要素参数在并行模式下进行不间断的采集,LPL模式传输数据,最大化地节省各节点的能量消耗。实际应用表明,该系统工作性能稳定,可连续采集30余万次的数据,丢包率达到1‰,使现有建筑节能检测系统的不足得到有效改善,对提高建筑节能检测具有重要现实意义。     

基于nanoLOC技术和EKF的仓储转运车辆的跟踪

为了实现仓库管理系统中央数据库的自动更新,提出了一种基于nanoLOC技术和扩展卡尔曼滤波的无线传感器网络的节点定位跟踪策略。具体实现是首先通过采用nanoLOC技术,得到附着于装载载具上的移动标签与作为参考点的一组锚节点的距离,从而实现自身定位;然后采用扩展卡尔曼滤波并基于得到的测量距离值,估计出转运车辆的位置,从而实现对仓库中转运车辆的跟踪,获得关于仓库中的货物移动及每次的存取情况。实验结果表明,基于无线传感器网络的节点定位和跟踪策略能够实现较小误差的测距和位置估计,达到对转运车辆的精确跟踪。     

一种用于无线传感网中节点供电的系统设计

节点的能量消耗是限制无线传感器网络发展的主要因素之一,能量消耗不可避免,如何设计一种高效可循环的能量系统对于促进无线传感器网络发展具有重要的意义。在无线传感器网络节点上采用太阳能自供电技术可以有效地提高传感器节点的使用寿命和降低能耗。通过对比分析,设计出一套基于太阳能发电的无线传感器网络节点的供电系统。经实验测试,该系统具有可靠性高,节能效果好的优点,具有一定的推广价值。     

基于移动信标的水下无线传感器网络定位算法

针对现有水下无线传感器网络定位算法定位精度不足且无法适应水下多变的网络拓扑的问题，提出一种基于移动信标的水下无线传感器网络定位算法。首先通过RSSI测距定位和DV-Hop算法获取未知节点的大致分布情况，其次以未知节点定位覆盖率作为目标函数，采用经过自适应惯性权重和柯西-t扰动策略优化的改进秃鹰搜索算法迭代求解信标节点移动的最优位置，最后信标节点移动到最优位置再对未知节点进行重新定位。仿真结果表明,与对比算法相比，移动信标节点定位算法能有效提高未知节点定位精度，在网络拓扑变化时也能保持较高的定位精度且定位效果稳定。     

基于匹配信任度机制的移动传感网簇头更新算法

为解决移动传感网部署过程中存在的簇头节点更新质量不佳和节点生存率较低等不足,提出了一种基于匹配信任度机制的移动传感网簇头更新算法。首先,引入K-means算法,利用误差平方根函数来完成网络初始聚类,以快速定位聚类中心,提升聚类形成速度。随后,综合考虑备选簇头剩余能量、备选簇头与当前簇头的欧氏距离、备选簇头覆盖范围内节点总数3个因素,设计了基于匹配信任度的簇头更新方法,按权值对各因素进行平均分配,进而将信任度权值最高的节点作为备选簇头,从而选举出生存质量较高的节点。仿真实验表明,算法具有更高的网络稳定运行时间和簇头节点生存率,以及更低的节点故障概率。其中,网络稳定运行时间提升了80%以上,簇头节点生存率保持在90%以上,节点故障概率也较低,具有明显的优势。     

基于无线通信技术的配电网电流监测系统

电力设施作为重要的民生设施，对其工作电流的实时监测具有重要的意义。基于无线传感网络技术，研究开发了由多个电流采集节点以及一个集合无线通信技术的主控模块组成的无线传感网络，实现对配电网电流的监测。其中电流采集节点利用电流互感器采集节点处的电流信号，并通过ZigBee技术将采集结果发送到中央处理单元的协调器单元，经中央处理单元对数据进行处理后采用GPRS技术将数据发送至配网主站服务器，同时采用GSM方式将数据发送给移动终端，比如配网相关工作人员的手机。设计开发了相应模块的硬件电路以及软件程序，测试结果表明，研发的电流监测系统最小可测电流为200 mA，动态范围达24 dB。     

基于反馈裁决机制的无线传感网节点失效自愈修复

为解决移动条件下无线传感网节点失效时所导致的节点自愈困难,网络拓扑变动较大以及数据传输性能受限等不足,提出了一种基于反馈裁决机制的无线传感网节点失效自愈修复算法。首先,依据网络节点同一性及传输链路交叉特性,通过流量分析来构建节点失效裁决方法,通过排除失效节点的同级割点,避免割点对网络拓扑造成的分离影响,显著降低节点失效误判现象;再结合初级节点与次级节点具有的流量传递特性,设计节点失效评估机制,通过割点裁决与次级节点自愈重构,改善自愈过程中存在的拓扑变动,有效规避节点失效过程中存在的流量受限;随后,考虑到备用修复节点选取过程存在的节点自愈困难,结合割点可对网络拓扑进行切割的特性,定义备用修复节点优化选取准则,采用流量反馈机制来优化备用修复节点的选取,提高网络流量重定向能力,降低修复失败的概率。实验测试结果表明,与基于时变负载的复杂网络级联故障负荷再分配策略(TVL-LRS),网络级联故障自愈算法(PFO)相比,所提算法具有更低的节点自愈总数和节点拓扑移动距离,以及更高的网络出口带宽。     

基于移动无线传感网的电缆通道应急监测系统

为实现电缆通道通信网络缺失、故障或受攻击等应急情况下的环境信息监测需求,研发了一种基于WiFi和超宽带（ultra-wide band,UWB）通信的低成本移动无线传感网络监测系统。该系统包括监测上位机和由球形机器人移动节点组成的无线监测网络。移动节点以STM32系列单片机为主控芯片,集成摄像头模块和温湿度模块实现现场信息采集,集成WiFi通信模块采用无线自组网按需平面距离向量路由协议（ad hoc on-demand distance vector routing, AODV）构建无线传感网络实现信息传输,集成3个UWB通信模块实现移动节点的测距和队列跟随。实验结果表明,该系统能够实现电缆通道环境的稳定实时监测,移动传感队列跟随误差不超过20 cm,监测视频平均传输延时不超过150 ms。     

高压输电监测无线传感网功率控制算法

为了延长网络生命周期,解决高压输电监测的无线传感器网络中节点能量受限问题,结合应用背景的实际特点,提出一种基于节点动态聚类的功率控制算法。该算法以高压输电监测的网络架构为基础,分析传感器节点间的空间几何位置关系,综合考虑空间几何信息与节点剩余能量,利用聚类分析方法对网络内具有相似性的节点进行动态聚类,使数据转发在类区域代表节点之间传递。同时,采用可变的功率调制技术进行数据传输。仿真结果表明,该算法能够有效地降低网络能量消耗,并延长网络的生命周期。     

Conserving energy in wireless sensor networks

Routing in sensor networks is an area of research, with a still-limited but rapidly growing set of research results. Although many of these routing techniques look promising, there are still many challenges that need to be solved. Another interesting issue for routing protocols is node mobility. Most of the current protocols assume that the sensor nodes and the base station are stationary. However, there might be situations such as battle environments where the base station and possibly the sensors need to be mobile. In such cases, the frequent update of the position of the command node and the sensor nodes and the propagation of that information through the network may excessively drain the energy of nodes. New routing algorithms are needed in order to handle the overhead of mobility and topology changes in such energy-constrained environment.     

一种基于ARM7的无线传感器网络

提出一种基于嵌入式Linux操作系统的ZigBee无线传感器网络的设计方案。传感器节点使用模块化设计,由基于ARM7微处理器的主控模块和采用CC2420芯片的无线通信模块构成,构建了uClinux操作系统,依据ZigBee 2007版规范使用多个节点组成简单的星型网络,实现了网络节点信息汇聚、动态绑定和数据收发,并通过汇聚节点与Internet进行数据交换,可广泛应用于远程监控和工业控制等领域。     

无线传感网中节点定位中的障碍物分析

节点之间存在障碍物导致定位不准,本文探讨了无线传感网中节点定位问题,分析了定位中障碍物问题。利用集中式DV-hop以及最小二乘法来优化定位算法。无线传感网中估算出的节点位置与实际节点位置存在误差。本文分析了产生这种误差的原因,针对障碍物引起的误差,本文提出了障碍物预测算法,预测障碍物的存在,避免了由于障碍物导致的定位误差,改善了定位算法,提高了节点定位的精度。仿真结果证明,加入这一障碍物因素后其节点的定位精度得到提高。